风能是能源转型最重要的推动力之一，对大功率风力涡轮机的需求也在持续增长。每推出一种新型号，对技术和可靠性的要求都会提高。为确保 风力涡轮机 能够安全、高效地接入电网，它们必须满足严格的要求，尤其是符合 电网规范 。
符合电网规范对于电网稳定性和新系统认证至关重要。传统的测试方法成本极其高昂，并且需要大量硬件。在下面的应用中，我们展示了创新的功率硬件在环测试台如何使 全功率变流器 （也称为 背靠背换流器 ）的验证更加高效和灵活。
本用例基于 VirTuOS （通过在线服务实现风力涡轮机测试程序的虚拟化）项目。VirTuOS涉及亚琛工业大学Center for Wind Power Drives（CWD）的多个研究机构，包括ACS、AIA、IEM、IRT和PGS。
赞助项目的合作伙伴包括dSPACE以及FGH Zertifizierungsgesellschaft mbH。该项目由德国联邦经济事务与能源部（BMWE）资助。
全功率变流器执行哪些任务以确保符合电网规范？
在全功率变流器风力涡轮机架构中，变流器在确保符合电网规范和安全电网连接方面具有核心作用。它们将风力涡轮机与电网连接起来，确保无论风力条件如何变化，所产生的能量都能以稳定且符合电网规范的方式输送到电网中。
为获得这一认证，全功率变流器必须证明其符合电网规范的要求，例如：
- 网络故障时的行为（故障穿越等）
- 提供无功功率
- 频率维护
- 电压质量
只有通过这种验证，才能确保风力涡轮机以稳定、灵活的方式馈入电网，即使在供电中断的情况下，也能为能源供应做出可靠的贡献。
在对全功率变流器进行认证时会遇到哪些挑战？
到目前为止，风力涡轮机全功率变流器的认证一直是非常耗费精力的工作。传统的测试方法（例如现场测试）成本高、耗时长，而且高度依赖外部条件。机舱测试台和采用大型扼流圈的实验室测试需要额外的复杂机械和电气设置，灵活性有限。
为了提高验证的效率和可重复性，越来越多地采用在受控条件下仿真电网和发电机的实验室测试。这种方法可以专门仿真各种运行状态，全面测试全功率变流器的性能。
然而，全功率仿真电网和发电机会带来额外的技术挑战：除了安全处理高电流和高电压以及故障穿越（FRT）等复杂场景外，功率硬件在环（HIL）电力电子设备还必须满足仿真精度和介电强度方面的最高要求。
dSPACE为风力涡轮机中的全功率变流器测试提供了哪种解决方案？
为了克服全功率变流器验证中的这些挑战， dSPACE 与 亚琛工业大学 合作开发了 功率硬件在环测试台 。它能够在满负荷条件下实时真实仿真电网和发电机，从而解决了传统测试程序所面临的核心挑战：灵活性、效率和稳定性。
真实仿真电气环境
电网和发电机的实时模型在FPGA上运行，并持续仿真两个组件的行为。计算出的参考值通过高速接口传输到充当功率放大器的电子负载模块。这意味着可以对所有相关的电网情况和故障进行精确和可重复的测试。
模块化设计和高性能
第一个投入使用的测试台基于 DS5386 High-Voltage Electronic Load Module的96个电子负载模块 ，这些模块分布在 六个机柜中 。负载模块可作为双向电流槽和电流源，精确仿真电网和发电机的电气行为。
通过并联多个模块，主电源和发电机两个部分均可实现：
- 功率 ：最高1.84 MW
- 电压 ：最高1,250 V
- 有效电流 ：每相最高1,200 A
这种可扩展性可在真实条件下进行测试，而无需依赖物理发电机或主电源。
功率硬件在环测试台的优势
通过分散式功率控制实现灵活性
- 每个负载模块都有自己的高动态控制系统。
- 可对电流进行精确而独立的调节。
- 快速响应负载变化，灵活适应测试要求。
通过共享直流链路实现高效能源分配
- 通过中央直流链路母线连接所有模块。
- 循环功率流可减少电网负荷。
- 主电源仅涵盖电力损耗。
关键运行条件下的稳定性
- 在故障穿越（FRT）应用中提供电压支持的超级电容器组。
- 防止临界电压骤降
- 即使在极端条件下也能确保可靠运行。
